Законы физики, Учебное пособие для подготовительных отделений ВУЗов, Иванов Б.Н., 1986

Законы физики, Учебное пособие для подготовительных отделений ВУЗов, Иванов Б.Н., 1986.
В пособии наряду с традиционными разделами курса физики, изучаемого в средней школе, рассматриваются и вопросы современной физики (астрофизика, физика плазмы, физическая гидродинамика и др.)-Особенностью курса является также схема его построения: от изложения основных понятий физики частиц и полей к изучению макрофизики. Пособие может быть полезным широкому кругу читателей, изучающих физику.

§ 3. ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ.
3.1 Пространственная и временная шкалы в природе Явления и процессы, происходящие с взаимодействующими объектами, протекают в пространстве и времени. Пространство и время являются той своеобразной «ареной», на которой разыгрываются события. Если событие характеризовать местоположением и моментом времени, то существование пространственно-временных связей накладывает определенные ограничения на возможный ход событий.
Рассмотренной выше иерархии объектов и взаимодействий могут быть сопоставлены пространственные и временные характеристики. Так, верхняя грань для пространственной области, в которой действуют сильные и слабые взаимодействия, имеет размер ~10"15 м; радиус действия электромагнитных и гравитационных взаимодействий неограничен, в связи с чем становится ясным, почему эти последние взаимодействия могут проявлять себя микроскопически.
ОГЛАВЛЕНИЕ.
Предисловие.
Обращение к читателю
Глава I. Единство природы.
§ 1. Иерархия объектов в природе
1.1. Элементарные частицы. 1.2. Ядра. 1.3. Атомы и молекулы. 1.4. Макротела. 1.5. Планеты. 1.6. Звезды. Галактики. Вселенная
§ 2. Четыре вида фундаментальных взаимодействий
2.1. Связанные системы объектов. Взаимодействия. 2.2. Гравитационные взаимодействия (тяготение). 2.3. Электромагнитные взаимодействия. 2.4. Сильные (ядерные) взаимодействия. 2.5. Слабые взаимодействия. 2.6. Сравнительная оценка интенсивностей всех видов взаимодействий. 2.7. Поля и вещество
§ 3. Пространство и время.
3.1. Пространственная и временная шкалы в природе. 3.2. Однородность пространства и времени. 3.3. Свободные тела и движение по инерции. 3.4. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности
Глава II. Механика материальной точки
§ 4. Координаты, скорость, ускорение.
§ 5. Преобразования Галилея.
5.1. Абсолютность размеров и промежутков времени. 5.2. Относительность скоростей и их закон преобразования. 5.3. Абсолютность ускорений
§ 6. Закон движения в механике.
§ 7. Движение материальной точки в поле тяготения.
§ 8. Импульс. Закон сохранения импульса.
§ 9. Закон сохранения энергии. Применения и универсальность законов сохранения
9.1. Закон сохранения энергии. 9.2. Применения законов сохранения, 9.3. Универсальность законов сохранения. Момент импульса
§ 10. Предельная скорость. Механика частиц высоких энергий 10.1. Эксперименты на ускорителях и предельная скорость. 10.2. Преобразования Лоренца. 10.3. Релятивистские энергия и импульс. 10.4. Роль релятивистской постоянной с в физике
Глава III. Электромагнитное поле
§ 11. Электрический заряд
§ 12. Способ изучения поля.
12.1. Уравнения движения заряда в поле. 12.2. Законы преобразования полей
§ 13. Законы электромагнитного поля.
13.1. Новые объекты и новая математика. 13.2. Первое уравнение поля. Связь электрического поля с электрическими зарядами. 13.3. Второе уравнение поля. Отсутствие магнитных зарядов. 13.4. Третье уравнение поля. Связь тока и «чего-то» с вихревым магнитным полем. 13.5. Четвертое уравнение поля. Связь переменного магнитного поля с вихревым электрическим. 13.6. Дополнительный анализ третьего уравнения поля. Связь переменного электрического поля с вихревым магнитным. 13.7. Уравнения Максвелла
§ 14. Постоянное электрическое поле.
14.1. Поле покоящегося точечного заряда. 14.2. Поля зарядов, распределенных по сфере, линии, плоской поверхности. 14.3. Электростатическая энергия зарядов. Потенциал поля. 14.4. Поле диполя. Взаимодействия заряд —диполь и диполь — диполь
§ 15. Постоянное магнитное поле.
15.1. Магнитное поле прямолинейного тока. 15.2. Магнитное поле токовой плоскости. 15.3. Магнитный момент и его связь с механическим моментом
§ 16. Движение зарядов в полях.
16.1. Движение заряда в постоянном однородном электрическом поле. 16.2. Движение заряда в постоянном однородном магнитном поле. 16.3. Движение заряда в кулоновском поле
§ 17. Поля движущихся зарядов. Излучение.
17.1. Поле равномерно движущегося заряда. 17.2. Излучение ускоренно движущегося заряда. 17.3. Излучение заряда, движущегося равномерно по окружности
§ 18. Электромагнитные волны.
18.1. Некоторые свойства поля излучения. 18.2. Бегущие волны. 18.3. Излучение электромагнитных волн колеблющимися зарядами. Энергия и импульс волн. 18.4. Собственные колебания поля. Стоячие волны
§ 19. Распространение света
19.1. Интерференция электромагнитных волн. 19.2. Дифракция электромагнитных волн. 19.3. Геометрическая оптика
Глава IV. Атомные явления. Квантовая механика.
§ 20. О планетарной модели атома
§ 21. Опыты по дифракции частиц
§ 22. Соотношения неопределенностей.
§ 23. Волны вероятности
23.1. Комплексные числа. Формула Эйлера. 23.2. Комплексные волны вероятности. Принцип суперпозиции.
23.3. Предельный переход к классической механике § 24. Электрон в атоме
24.1. Энергия и ее квантование. 24.2. Момент импульса и его квантование.
24.3. Амплитуды вероятности и квантовые числа § 25. Многоэлектронный атом
25.1. Спин электрона. 25.2. Системы одинаковых частиц. Квантовые статистики.
25.3. Атомные квантовые состояния § 26. Квантованное излучение атома.
26.1. Квантовые переходы. Линейчатые спектры излучения. 26,2. Фотон. Понятие четности. Правила отбора
§ 27. Взаимодействие фотонов с электронами. Фотоэффект. Комптонэффект
§ 28. Одновременная измеримость величин и понятие об их полных наборах
§ 29. Молекулы.
Глава V. Макроскопические тела как совокупности частиц. Тепловые явления
§ 30. Основная задача статистической физики
§ 31. Макроскопические величины. Флуктуации
§ 32. Статистическое рассмотрение модели газа
32.1. «Машинные эксперименты». 32.2. Обратимость во времени микроскопических процессов и необратимость процессов в макротелах
§ 33. Энтропия
§ 34. Температура.
§ 35. Равновесное распределение частиц в телах.
§ 36. Термодинамические соотношения.
§ 37. Идеальный газ
37.1. Вещество и его состояния. 37.2. Классический и квантовый идеальные газы. 37.3. Уравнение состояния идеального газа. 37.4. Теплоемкость идеального газа. 37.5. Обратимые тепловые процессы
§ 38. Статистика и термодинамика излучения
§ 39. Кристаллы.
39.1. Кристаллическая решетка. 39.2. Типы связей в решетках. 39.3. Механические свойства кристаллов. 39.4. Электронные энергетические спектры кристаллов. 39.5. Теплоемкость решетки. 39.6. Электронный газ в металлах
§ 40. Фазовые переходы.
Глава VI. Макроскопические движения сред. Неравновесные процессы
§ 41. Неравновесные состояния тел.
§ 42. Макроскопическое движение.
§ 43. Уравнения гидродинамики идеальной жидкости.
43.1. Закон сохранения вещества в гидродинамике. 43.2. Уравнение движения в гидродинамике
§ 44. Гидродинамическое рассмотрение задач на вязкие течения, теплопроводность и диффузию.
44.1. Вязкость. 44.2. Течение вязкой жидкости в трубе. 44.3. Теплопроводность. 44.4. Передача теплоты между двумя стенками. 44.5. Диффузия. Растворение кристалла в жидкости
§ 45. Кинетические коэффициенты в газах и их связь с молекулярными характеристиками.
45.1. Понятие длины свободного пробега молекул. 45.2. Молекулярное рассмотрение процесса диффузии. 45.3. Диффузия как задача о случайном блуждании частиц. 45.4. Связь между кинетическими коэффициентами
§ 46. Законы сопротивления движению тел в жидкости
46.1. Метод подобия. Число Рейнольдса. 46.2. Сопротивление при малых скоростях. 46.3. Сопротивление при больших (дозвуковых) скоростях
§ 47. Неустойчивости в гидродинамике.
47.1. Переход ламинарных течений в турбулентные. 47.2. Пограничный слой. 47.3. Турбулентная вязкость и температуропроводность. 47.4. Переход от молекулярного к конвекционному переносу теплоты. Солнечная грануляция
§ 48. Колебания и волны в жидкости.
48.1. Некоторые виды волнового движения. 48.2. Характеристики волн. 48.3. Линейные и нелинейные волны. 48.4. Солитоны и другие нелинейные эффекты. 48.5. Сильно возмущенные среды. 48.6. Колебания заряженной капли и деление тяжелых атомных ядер
§ 49. Макроскопические движения сжимаемых сред
49.1. Обобщенная форма уравнения Бернулли. 49.2. Критерий сжимаемости среды и скорость звука. 49.3. Течение в трубе с переменным сечением. 49.9. Сопло Л аваля
§ 50. Ударные волны
50.1. Распространение возмущений в потоке сжимаемого газа.
50.2. Общие соотношения для ударного скачка. 50.3. Ударные волны в идеальном газе. 50.4. Задача о сильном взрыве в атмосфере
§ 51. Эффекты гидродинамической кумуляции
51.1. Кумулятивные струи. 51.2. Схлопывание пузырьков в жидкости. 51.3. Сходящиеся сферические и цилиндрические ударные волны. 51.4. Роль неустойчивостей в ограничении кумуляции. 51.5. Выход ударной волны на поверхность звезды
§ 52. Кавитация в жидкости.
§ 53. Явления в сильно разреженных газах.
§ 54. Макроскопические квантовые явления в жидкости
§ 55. Обобщения гидродинамики.
Глава VII. Электромагнитные поля в средах. Электрические, магнитные и оптические свойства вещества.
§ 56. Сверхпроводимость.
§ 57. Электропроводность металлов
§ 58. Постоянный электрический ток
§ 59. Проводимость диэлектриков.
59.1. Электроны и дырки. Экситонные состояния. 59.2. Полупроводники
§ 60. Электрические поля в веществе.
60.1. Флуктуации поля в веществе. 60.2. Электростатическое поле в металле. 60.3. Электростатические поля в диэлектриках. Поляризация вещества
§ 61. Вещество в магнитном поле.
61.1. Диамагнитный эффект. 61.2. Парамагнетики. Ориентационная намагниченность. 61.3. Спонтанная намагниченность. Ферромагнетизм. 61.4. Магнитные свойства сверхпроводников. Квантование крупномасштабного магнитного потока
§ 62. Переменные токи и электромагнитные волны в среде. Оптические свойства сред
62.1. Переменные поля и вещество. 62.2. Индукционная э. д. с. 62.3. Цепи переменного тока. Решения дифференциальных уравнений. 62.4. Генерация электромагнитных волн. 62.5. Некоторые законы оптики сред. Скорость распространения электромагнитных волн в среде. Отражение и преломление волн. 62.6. Показатель преломления в диэлектриках. Дисперсия света. Поглощение света.
62.7. Показатель преломления в металлах. Скин-эффект. Прозрачность металлов к жесткому излучению. 62.8. Эффекты нелинейной оптики. 62.9. Лазеры
Глава VIII. Плазма
§ 63. Общие замечания.
§ 64. Квантовые явления в плазме. Туннелирование ядер сквозь потенциальный барьер
§ 65. Релятивистские эффекты в плазме. Дефект массы при синтезе ядер и их энерговыделение.
§ 66. Статистика плазмы. Уравнение состояния плазмы. Тепловое излучение плазмы
§ 67. Кинетика плазмы. Подвижность ионов и ее связь с диффузией. Электропроводность плазмы
§ 68. Магнитная гидродинамика и неустойчивости плазмы. «Токамаки»
§ 69. Колебания и волны в плазме. Распространение радиоволн в ионосфере Земли.
Глава IX. Звездные и дозвездные состояния вещества
§ 70. Состояние вещества при сверхвысоких температурах и плотностях
§ 71. Звезда — газовый шар.
71.1. Расчет давления и температуры в центре звезды. 71.2. Температура поверхности и полная мощность излучения звезды. 71.3. Перенос энергии в звездах
§ 72. Источники звездной энергии.
72.1. Анализ возможных источников энергии звезд. 72.2. Ядерные реакции протонного цикла
§ 73. Плотные звезды- белые карлики.
73.1. Возможная эволюция звезд типа Солнца. 73.2. Плотность и размеры белых карликов. 73.3. Предельная масса белых карликов
§ 74. Сверхплотные нейтронные звезды.
74.1. Размеры нейтронных звезд. 74.2. Вращение и магнитные поля нейтронных звезд. 74.3. Радиоизлучение пульсаров. 74.4. Внутренняя структура нейтронных звезд. 74.5. Гравитационные эффекты в окрестностях нейтронной звезды
§ 75. Гравитация и релятивизм
75.1. Принцип эквивалентности. 75.2. Геометрия и ход времени в неинерциальных системах отсчета. 75.3. Уравнения Эйнштейна
§ 76. Расширение Вселенной.
76.1. Фридмановские космологические решения. 76.2. Открытие «расширения» Вселенной. 76.3. Критическая плотность
§ 77. Горячая Вселенная
77.1. Открытие фонового теплового радиоизлучения. 77.2. Зарядово-несимметричная модель ранней Вселенной. 77.3. Изменение плотности и температуры дозвездной материи в процессе космологического расширения. 77.4. Состояние вещества в ранние эпохи горячей Вселенной
§ 78. Синтез элементов в звездах.
Заключительное слово автора
Приложения.
I. Фундаментальные эксперименты в истории физики и выдающиеся изобретения в физико-технической области.
II. О мировых постоянных, анализе размерностей и системах единиц
III. Единицы физических величин.
IV. Внесистемные единицы
V. Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных единиц и их наименования
VI. Некоторые физические постоянные (приближенные значения)
VII. Латинский и греческий алфавиты.
Предметный указатель